Обоснование возможности автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование возможности автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона

А.В. Пашкевич

Аннотации

Обоснована необходимость усовершенствования средств очистки загрязненных моющих растворов, образующихся на ремонтных предприятиях. Принята наиболее совершенная конструкция трехпродуктового гидроциклона, позволяющего производить очистку данных жидкостей. Описан процесс протекания электрического тока в различных по свойствам жидкостях. Представлен график изменения сопротивления моющего раствора в зависимости от концентрации масел в нем. Аналитически и экспериментально обоснована возможность автоматизации работы гидроциклона на основе замера электрического сопротивления. очистка моющий ремонтный

We have based the necessity of improvement of the means of purification of dirty washing solutions, formed at repair works. We have suggested the most perfect construction of three-product classifier, which allows purifying these liquids. We have described the process of electric current flow in liquids with different properties. We have presented the graph of changing the resistance of washing solution depending on the concentration of oils in it. Analytically and experimentally we have based the possibility of automation of the work of hydro-cyclone with the help of electrical resistance measurement.

Введение

На ремонтных предприятиях для очистки поверхностей изделий от загрязнений используются моечные воды и водные растворы моющих средств. При работе они насыщаются смываемыми твердыми загрязнениями и нефтепродуктами, что приводит к потере моющей способности раствора. В большинстве случаев предприятия сливают загрязненные воду и моющий раствор в канализацию, что наносит значительный ущерб окружающей среде. Основным методом сокращения объемов сточных вод является локальная технологическая очистка, которая подразумевает очистку моющей жидкости непосредственно на месте ее применения с целью повторного использования. Существует большое количество методов и средств для технологической очистки подобного рода жидкостей, однако все они обладают существенными недостатками или требуют технического усовершенствования или отработки режимов эксплуатации.

Анализ источников

Н.Ф. Тельнов и Г.П. Дегтярев впервые применили центробежный аппарат (трубчатую вертикальную центрифугу) для технологической очистки водных моющих растворов, они же определили перспективность данного метода [1, 2].

Всестороннее исследование возможностей применения для этих целей жидкостного сепаратора было выполнено в БГСХА и ГОСНИТИ (руководитель Б.Б. Нефедов, консультант А.Ф. Тельнов) [3]. Выявлена способность обеспечить высокое качество очистки моющих растворов при сохранении в них моющих компонентов. Вместе с тем следует отметить высокие сложность и стоимость сепараторов при не всегда надежной работе.

К числу наиболее простых и высокопроизводительных устройств, применяющихся для очистки моющих растворов, относятся гидроциклоны. Наиболее глубоко их исследованиями занимался А.Ф. Тельнов [4]. Одним из результатов его исследований явилась производственная серийная установка ОМ-9876 ГОСНИТИ [5], выполняющая очистку посредством гидроциклона и отстойника. Используемые гидроциклоны не могут в процессе очистки моющего раствора выделять из них и твердые загрязнения, и нефтепродукты. Вместе с тем существуют трехпродуктовые гидроциклоны, способные выполнять эти функции [6]. Однако проведенный нами анализ конструкций трехпродуктовых гидроциклонов [7, 8] позволяет сделать вывод о том, что очистка моющих растворов от эмульгированных в нем нефтепродуктов неизбежно связана со значительными потерями очищаемой жидкости. Устранение данного недостатка возможно при обеспечении управляемого вывода загрязнений из гидроциклона, который позволит накапливать выделенные загрязнения, а только затем их выводить из центробежного очистителя. К тому же большинство из них не имеют возможности настройки гидроциклона на качество очистки. А это необходимо, так как загрязненные моющие растворы не являются смесями с постоянными характеристиками. В растворах в широких пределах меняются свойства и концентрация нефтепродуктов и твердых частиц. Поэтому в зависимости от назначения гидроциклона могут изменяться требования и к качеству очистки. Для устранения этих недостатков предложены и проанализированы усовершенствованные конструктивные схемы трехпродуктовых гидроциклонов с управляемым выводом выделенных загрязнений [9-11].

За наиболее совершенную принята конструкция гидроциклона [12], схема которого представлена на рис. 1. В основу идеи автоматизации работы данного гидроциклона положено отличие свойств компонентов загрязненного моющего раствора. Так, в поступающем на очистку растворе дисперсной средой является вода с растворенными солями и щелочами. Данный водный раствор хорошо проводит электрический ток. По мере очистки под крышкой гидроциклона происходит скопление выделенных из очищаемой жидкости нефтепродуктов, которые являются диэлектриками. Поэтому установка под крышкой контактов, которые по электрическому сопротивлению будут определять момент накопления масел, позволит управлять работой трехпродуктового гидроциклона.

Рис.1. Автоматизированный трехпродуктовый гидроциклон

Методы исследования

Проводились исследования по определению электрического сопротивления моющего раствора КМ-1 при изменении концентрации масла в нем. Измерения выполнялись на лабораторной установке, схема которой показана на рис. 2а, а ее общий вид - на рис. 2б.

Рис. 2. Схема лабораторной установки:

1 - электродвигатель; 2 - крыльчатка;

3 - сосуд для моющего раствора; 4 - электроды;

5 - вольтметр; 6 - амперметр; 7 - терморегулятор

Исследуемый раствор заливался в сосуд 3 и постоянно перемешивался при помощи электродвигателя 1 и крыльчатки 2, что позволило сымитировать условия нахождения жидкости в гидроциклоне. Внутри сосуда устанавливали контакты 5, на которые подавалось напряжение 4,5 В от блока питания ХМ-508. Площадь поперечного сечения контактов равнялась 1,0 см 2. Зазор между ними не изменялся и оставался постоянным и равным 4 мм. Температура раствора поддерживалась при помощи терморегулятора 4 и изменялась 20, 40 и 60°С. Напряжение контролировалось вольтметром DT-830 В, погрешность измерения которого равна ±0,5%. Ток в цепи замерялся миллиамперметром DT-830 А, погрешность измерения которого равна ±1%.

Основная часть

Для подтверждения возможности автоматизации работы гидроциклона данной конструкции рассмотрим протекание электрического тока в различных по свойствам жидкостях.

Сопротивление загрязненного моющего раствора, представляющего собой эмульсию "масло в воде", зависит от проводимости дисперсионной среды, дисперсной фазы и концентрации последней в растворе. Это объясняется тем, что две жидкости (вода и нефтепродукты) имеют различную способность молекул к диссоциации, которая зависит от диэлектрической проницаемости среды. Так, вода, относящаяся к полярным жидкостям, имеет повышенную степень диссоциации и повышенную собственную проводимость. У масла же собственная проводимость очень мала из-за слабой способности молекул углеводородов к диссоциации. У таких жидкостей электропроводность в основном носит примесный характер, а проводимость зависит как от свойств примеси, так и от содержания примеси в данной жидкости [13].

Так как при очистке загрязненного моющего раствора под крышкой трехпродуктового гидроциклона в начале очистки находится жидкость, представляющая собой эмульсию "масло в воде", которая со временем переходит в эмульсию "вода в масле", необходимо рассмотреть отличие электропроводности этих двух гетерогенных систем. Для этого рассмотрим стадии распределения зарядов в двух различных эмульсиях, находящихся между параллельными пластинами конденсатора, к которым приложено напряжение переменного либо постоянного тока (рис. 3) [14]. Данная схема моделирует ситуацию включения в электрическую цепь контактов гидроциклона.

Рис.3. Стадии распределения заряда в различных эмульсиях:

- электростатический индуцированный заряд;

? - заряд проводимости, способный перемещаться через фазовые границы;

_ - связанный заряд проводимости, неспособный покинуть границу фаз

Заряд, вызванный электростатической индукцией, накапливается вблизи электродов и фазовых границ. На границах фаз имеется два вида зарядов: связанный и несвязанный. Первый заряд - электростатический, связанный с фазовой границей, не может разрядиться, второй - способен перемещаться через фазовые границы диэлектриков и быстро разряжаться на электродах. Эти особенности не свойственны каждому заряду, а лишь в среднем являются функцией электропроводности и диэлектрической проницаемости двух фаз, образующих границу.

В начальный момент, когда на электроды подается напряжение постоянного тока, в пространстве между пластинами появляется некоторое количество индуцированного заряда (стадия А). Следовательно, распределение заряда наглядно показывает поведение эмульсии, составные фазы которой обладают собственными диэлектрическими проницаемостями.

Через некоторый промежуток времени появляются заряды проводимости, приводящие к существенно отличающемуся распределению заряда в эмульсиях "масло в воде" и "вода в масле".

В эмульсиях "вода в масле", где электропроводность дисперсной фазы выше, чем непрерывной среды, связанные заряды возникают внутри частиц (стадия В). Так как частицы дисперсной фазы (в данном случае моющего раствора) сохраняются изолированными благодаря окружению масляной фазой, которая является эффективным изолятором, связанные заряды не способны перейти из капель воды в масляную фазу.

Через определенный промежуток времени (стадия С) внутри частиц моющего раствора накапливаются связанные заряды проводимости. Тогда только небольшая часть заряда (показанная на рисунке двумя темными кружками) может разрядиться вследствие незначительной электропроводности масляной фазы. Кроме того, в окружающей масляной фазе появляется небольшой заряд проводимости, который быстро разряжается на электродах (на рисунке показано четырьмя темными кружками).

Таким образом, сопротивление эмульсии "вода в масле" высокое, так как заряды проводимости находятся внутри капли воды, окруженной масляной пленкой. К тому же непрерывной средой у данного типа эмульсий является масло, которое обладает низкой диэлектрической проницаемостью, непозволяющей переносить электрические заряды к электродам.

При протекании электрического тока через эмульсию "масло в воде" основная часть носителей заряда образуется вне капель масла, и они беспрепятственно достигают электродов, так как непрерывной средой у гетерогенной системы данного типа является вода, которая обладает высокой электропроводностью. Образовавшееся внутри капель масла количество носителей зарядов, способных перемещаться через фазовые границы, также больше количества носителей заряда, образовавшихся в эмульсии "вода в масле". Исходя из этого, сопротивление такого типа эмульсии будет значительно ниже.

Таким образом, при переходе одного типа эмульсии в другой должно наблюдаться существенное изменение электрического сопротивления, что будет подтверждать наличие под крышкой гидроциклона нефтепродуктов. Следовательно, разницу в величинах сопротивления эмульсий разного типа можно использовать для автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона при очистке моющего раствора.

Для подтверждения данного предположения и определения численного значения сопротивления, при котором произойдет переход эмульсии "масло в воде" в эмульсию "вода в масле", нами были проведены соответствующие исследования по вышеописанной методике.

Результаты измерения сопротивления загрязненного маслом раствора в графическом виде представлены на рис. 4. Для удобства представления использована полулогарифмическая шкала, так как значения сопротивления для раствора с концентрацией масла до 65% относительно невелики, а при больших концентрациях они резко возрастают, увеличиваясь на несколько порядков.

Рис. 4. Зависимость сопротивления моющего раствора от концентрации масла при температуре 20°С

Из полученных результатов измерений следует, что, например, при температуре 20°С с повышением концентрации масла в растворе от 0 до 50% электрическое сопротивление увеличивается от 80 до 800 Ом. По достижении концентрации 55% сопротивление составляет около 900 Ом, при 60-65% начинается резкий рост сопротивления, достигающего при 70% 290000 Ом с дальнейшим его ростом. При других температурах получаются близкие результаты.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили гипотезу о том, что переход одного типа эмульсии в другой сопровождается резким ростом электрического сопротивления, который происходит при достижении концентрации масла около 60-65%, что подтверждает возможность автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона устройством, измеряющим электрическое сопротивление раствора.

Заключение

Обосновано предположение о том, что при переходе одного типа эмульсии в другой должно наблюдаться существенное изменение электрического сопротивления, а разницу в величинах сопротивления эмульсий разного типа можно использовать для автоматизация работы трехпродуктового гидроциклона при очистке водного моющего раствора.

Проведенные исследования подтвердили гипотезу о том, что переход одного типа эмульсии в другой сопровождается резким ростом электрического сопротивления, который происходит при достижении концентрации масла 60-65% и для условий опыта соответствует численному значению 1000 Ом, что подтверждает возможность автоматизации работы трехпродуктового гидроциклона устройством, измеряющим электрическое сопротивление раствора.

Литература

1. Тельнов, Н.Ф. Активная очистка моющего раствора в центробежном поле / Н.Ф. Тельнов, Г.П. Дегтярев // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1966. - № 12. - С. 36-38.

2. Тельнов, Н.Ф. О центробежной очистке моющих растворов / Н.Ф. Тельнов, Г.П. Дегтярев // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1968. - № 11. - С. 43-44.

3. Мажугин, Е.И. Тонкослойное сепарирование моющих растворов при ремонте машин: дис. … канд. техн. наук: 05.20.03 / Е.И. Мажугин. - Горки, 1987. - 220 с.

4. Тельнов, А.Ф. Исследование процесса очистки щелочных моющих растворов, применяемых на сельскохозяйственных ремонтных предприятиях: дис. … канд. техн. наук: 05.20.03 / А.Ф. Тельнов. - М.: ГОСНИТИ, 1972. - 148 с.

5. Козлов, Ю.С. Очистка автомобилей при ремонте / Ю.С. Козлов. - М.: Транспорт, 1981. - 151 с.

6. Тельнов, Н.Ф. Технология очистки и мойки сельскохозяйственных машин / Н.Ф. Тельнов. - М.: Колос, 1973. - 296 с.

7. Пашкевич, А.В. Обоснование схемы конструкции гидроциклона для автоматизированной очистки моющих растворов / А.В. Пашкевич, Е.И. Мажугин // Молодежь в науке -2007: материалы Междунар. науч.-технич. конф. молодых ученых, Горки 12-14 сент. 2007 г. / БГСХА; редкол.: А.Р. Цыганов [и др.]. - Горки, 2007. - С. 150-154.

8. Пашкевич, А.В. Обоснование конструкции трехпродуктового гидроциклона с автоматизированным выводом выделенных загрязнений / А.В. Пашкевич, Е.В. Самосюк // Междунар. науч.-практ. конф. "Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии". - Могилев, 21-22 апреля 2011 г. - Ч. 1. - С. 69-70.

9. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 3231Респ. Беларусь, МПК С 02F 1/00, В 04С 11/00 / Е.И. Мажугин, А.Н. Карташевич, С.В. Глаз; заявитель Бел. гос. с.-х. акад. - № 19980898; заявл. 29.09.1998; опубл. 30.03.2000 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2000. - №2. - С. 86.

10. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 11792Респ. Беларусь, МПК C 02F 1/00, B 04C3/04 / Е.И. Мажугин, А.Л. Казаков, А.В. Пашкевич; заявитель Бел.гос с.-х. акад. - № а 20060973; заявл. 10.04.2006; опубл. 30.06.2008 // Афіцыйныбюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2008. - №2. - С. 71.

11. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 3323Респ. Беларусь, МПК В 04С 5/00, В 04С 5/12 / Е.И. Мажугин, А.Н. Карташевич; заявитель Бел.гос. с.-х. акад. - № 960452; заявл. 03.09.1996; опубл. 30.06.2000 // Афіцыйныбюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2000. - №1. - С. 150-151.

12. Трехпродуктовый гидроциклон: пат. 5479 Респ. Беларусь, МПК B 04C5/00 / Е.И. Мажугин, А.В. Пашкевич, А.Л. Казаков, М.В. Левкин; заявитель Бел.гос. с.-х. акад. - № u20080838; заявл. 11.11.2008; опубл. 30.08.2009 // Афіцыйныбюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2009. - №4. - С. 187.

13. Radioland // Жидкие диэлектрики [Электронный ресурс]. - 2010. - Режим доступа: http://www.radioland.net.ua/conte ntid-64-page1.html. - Дата доступа: 13.01.2010.

14. Шерман,Ф. Эмульсии / Ф. Шерман; пер. с англ. под ред. А.А. Абрамзона. - Л: Химия, 1972. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru